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| Modulo 4: Metodo di Bisezione & Stima Passi
Punto 21 Glossario Stop Didattico Lezione 12 Teorema di Bolzano & Non-Monotonia

Metodo di Bisezione & Calcolo degli Zeri

Visualizza il dimezzamento sequenziale dell'intervallo $[a_k, b_k]$ basato sul Teorema di Bolzano. Calcola a priori il numero esatto di iterazioni $k \ge \lceil \log_2((b-a)/\tau) \rceil - 1$, sperimenta la fondamentale non-monotonicità dell'errore effettivo rispetto alla maggiorazione teorica, ed esamina le trappole dei poli e delle radici a molteplicità pari.

Impostazioni Funzione & Tolleranza

1.0e-5
$10^{-1}$ (grossolana) $10^{-5}$ (standard) $10^{-10}$ (stretta)
Formula d'Esame: k ≥ ⌈log₂((b-a)/τ)⌉ - 1
Passi Minimi Previsti a Priori: 16 iterazioni
Ampiezza Intervallo Iniziale: b - a = 1.000
Cifre Decimali Garantite: 5 cifre (≈ 3.32 passi/cifra)
Passo Corrente: 0 Iniziale

Intervallo Attivo $[a_k, b_k]$

a_k: 1.000000 (f < 0)
Punto Medio c_k: 1.500000
b_k: 2.000000 (f > 0)
Semi-ampiezza (b-a)/2^{k+1}: 0.250000
Inizializzazione: $f(a) \cdot f(b) < 0$. Calcoliamo il primo punto medio $c_0$.

Grafico di $f(x)$ & Sottointervallo Attivo $[a_k, b_k]$

Curva $f(x)$ ● $a_k$ ● $c_k$ (Punto medio) ● $b_k$
La campitura ambrata evidenzia la porzione di intervallo ancora attiva ad ogni passo Radice esatta $x^*$ indicata dal punto verde

La Trappola d'Esame: Non-Monotonicità dell'Errore Reale

L'errore reale oscilla e può persino aumentare, mentre la maggiorazione teorica decresce rigidamente.

● Maggiorazione Teorica $\frac{b-a}{2^{k+1}}$ ● Errore Reale $|x_k - x^*|$
Osservazione d'aula del Prof. Piazzon: mentre $\varepsilon_k = \frac{b-a}{2^{k+1}}$ dimezza in modo rigidamente monotono ad ogni passo ($q=1/2$), l'errore reale effettivo $|x_k - x^*|$ non è monotono! Un'iterazione fortunata può capitare vicinissima alla radice, mentre quella successiva può cadere più lontano, pur rimanendo confinata sotto la maggiorazione teorica.
Q3

Teoria d'Esame: Derivazione della Stima a Priori & Bolzano

Derivazione algebrica obbligatoria richiesta nei compiti scritti

Derivazione Algebrica del Numero di Passi

Vogliamo garantire che l'errore sul punto medio sia inferiore alla tolleranza $\tau$: $$|x_k - x^*| \le \frac{b - a}{2^{k+1}} \le \tau$$ Risolvendo rispetto all'indice di iterazione $k$: $$2^{k+1} \ge \frac{b - a}{\tau} \iff k + 1 \ge \log_2\left(\frac{b - a}{\tau}\right) \iff k \ge \log_2\left(\frac{b - a}{\tau}\right) - 1$$ Poiché il numero di passi $k \in \mathbb{N}$ deve essere intero, si prende la parte intera superiore: $$k \ge \left\lceil \log_2\left(\frac{b - a}{\tau}\right) \right\rceil - 1 = \left\lceil \frac{\ln(b - a) - \ln \tau}{\ln 2} \right\rceil - 1 \quad \blacksquare$$

Criterio di Unicità via Teorema di Rolle

Il Teorema di Bolzano garantisce solo l'esistenza. Per provare l'unicità, supponiamo per assurdo che esistano due radici distinte $x_1^* < x_2^*$ in $(a, b)$ con $f(x_1^*)=f(x_2^*)=0$. Se $f \in C^1([a, b])$, applicando il Teorema di Rolle su $[x_1^*, x_2^*]$, esiste $\xi \in (x_1^*, x_2^*)$ con $f'(\xi) = 0$. Se imponiamo che la derivata prima abbia segno costante ($f'(x) > 0$ oppure $f'(x) < 0$ $\forall x$), otteniamo una contraddizione insanabile. Dunque lo zero è unico. $\blacksquare$